分离工程绪论

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分离工程(邓修)1 绪论

分离工程(邓修)1 绪论

原理:利用膜的 渗透性和选择性 实现物质分离
应用:广泛应用 于水处理、食品 加工、生物制药 等领域
特点:高效、节 能、环保、操作 简便
发展趋势:膜材 料的改进、膜过 程的优化、膜技 术的集成化
原理:利用不同分子间的沸点差异进行分离 特点:高效、节能、环保 应用领域:精细化工、医药、食品等行业 发展趋势:不断优化和改进提高分离效率和精度
离子液体:由离子组成的液体具有低熔点、高沸点、高热稳定性等特性 离子液体分离技术:利用离子液体的物理化学性质进行分离具有高效、环保、节能等优点 应用领域:石油化工、生物医药、食品加工等领域 发展趋势:离子液体分离技术正在逐渐取代传统分离技术成为分离工程中的重要技术之一
能量消耗:分离过程中需要消耗大量的能量包括电能、热能等
绿色分离技术:采用环保、节能、 高效的分离技术如膜分离、吸附 分离等
展望:未来绿色分离技术将更加 成熟应用范围更广成为主流分离 技术
添加标题
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添加标题
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发展趋势:随着环保意识的提高 绿色分离技术将越来越受到重视
挑战:需要解决绿色分离技术的 成本、效率、稳定性等问题提高 其竞争力
石油化工:分离石油、苗等医药产品
物理分离:如过 滤、离心、沉降 等
化学分离:如萃 取、离子交换、 吸附等
生物分离:如发 酵、酶解、细胞 破碎等
核分离:如核磁 共振、质谱分析 等
热力学定律: 能量守恒、 熵增、热力
学平衡等
相平衡:固 液气三相平 衡、相图等
相变:蒸发、 冷凝、升华、
,
01 单 击 添 加 目 录 项 标 题 02 分 离 工 程 的 重 要 性 03 分 离 工 程 的 基 本 原 理 04 分 离 工 程 中 的 常 用 技 术 05 分 离 工 程 中 的 新 技 术 与 新 发 展 06 分 离 工 程 中 的 能 效 与 环 保 问 题

分离工程(邓修)1 绪论34页PPT

分离工程(邓修)1 绪论34页PPT
Why Separate?
WHY
一、分离过程的地位
化工生产
反应(Reactive)
分离
萃取物 (Extractive Natural raw material)
配制(Formulation)
分离 分离
炼油、石油化工:
石油炼制工业通过炼油过程把原油加工为汽油、 喷气燃料、煤油、汽油、燃料油、润滑油、石 蜡油、石油沥青、石焦油和各种石油化工原料 等;
分离工程(邓修)1 绪论
化工分离工程
Chemical Separation Engneering
主要内容
第1章 绪论 第2章 精馏 第3章 吸收 第4章 液液萃取 第5章 分离过程的节能 第6章 其他分离技术和分离方
法的选择
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 过程开发及方法 1.4 分离方法的选择
冷或热 固体吸附剂
热 溶剂 固体树脂
产品 液体+蒸汽 液体+蒸汽 液体+气体 液体+液体 液体+固体 固体+液体或气体 固体+蒸汽 固体+液体 液体+固体
分离原理 蒸汽压不同 蒸汽压不同 溶解度不同 溶解度不同
过饱和 吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2)速率控制分离过程
过程名称 气体扩散
原料 气体
分离剂 压力梯度和膜
产品 气体
热扩散 气体或液体 湿度梯度
气体或液体
分离原理
多孔膜中扩散的速 率差异
热扩散速率差异
电渗析 电泳
反渗透 超过滤
液体 液体 液体 液体
电场和膜 电场
压力梯度和膜 压力梯度和膜

常州大学分离工程 第一章 绪论

常州大学分离工程 第一章 绪论

了解
了解 了解

参考文献
本章要求:

1)了解本课程的任务和内容,与其它课 程的相互关系。 2)了解分离操作在化工生产中的重要性。 掌握分离因子的定义。 3)了解传质分离过程的分类和特征。 4)掌握分离工程的特征及开发方法。
§1.1 ห้องสมุดไป่ตู้离操作在化工生产中的地位
1.1 分 离 操 作 在 化 工 生 产 中 的 地 位
参考文献
[1]陈洪钫,刘家祺.化工分离工程.北京:化学 工业出版社,1995 [2]刘芙蓉,金鑫丽,王黎等.分离过程及系统模 拟.北京:科学出版社,2001 [3]袁惠新,分离工程.北京:中国石化出版社, 2002 [4]刘家琪主编, 分离过程,北京:化学工业出 版社,2002
参考文献
[5]郭天民.多元汽液平衡和精馏. 北京:化学 工业出版社,1983 [6]史季芬编,多级分离过程—蒸馏、吸收、 萃取、吸附,化学工业出版社,1991年 [7]宋华等, 化工分离工程,哈尔滨工业大学 出版社,2003 [8] Seader J D,Seperation Process Principles,北京:化学工业出版社,2002
二、开发方法
1.3 分 离 过 程 的 研 究 内 容 与 研 究 方 法
1、逐级经验放大法 步骤: 小试: 确定操作条件和设备形式。依据是最终产品 质量,产量和成本,不考虑过程的机理 中试: 确定设备尺寸放大后的影响(放大效应), 然后才能放大到工业规模的大型装置 需多级中间试验,耗资大,开发周期长
②速率分离
1.2 分 离 过 程 的 特 征 与 分 类
利用溶液中不同组分在某种推动力(如压 差、浓度差、电位差)作用下经过某种介 质(如半透膜)时的传质速率(透过率、 迁移率、扩散速率)差异而实现分离 特点:所处理的物料和产品属于同一相态, 仅有组成的差别

生物分离工程绪论

生物分离工程绪论
单元操作:
完成一道工序所需的一种方法和手段。
生化分离
生物分离工程原理
分离的本质在于有效识别混合物中不同溶质间物 理、化学和生物学性质的差别。
学;
力学、热力学、电磁性质;
:化学热力学、化学反应学、光化
:分子识别。
分离是混合的逆过程,需要作功才能实现,而且 需要有专门过程和设备。如酒精-水
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b. 种类:溶剂萃取、双水相萃取、反胶团萃取、超 临界流体萃取
微滤、超滤、纳滤,透析、反渗透、电渗析等
目的是除去与产物的物理化学性质比较接 近的杂质。 通常采用对产物有高度选择性的 技术。
• 层析技术(色谱技术)
1 流动相状态:GC与HPLC、TLC
2 固定相:柱色谱与薄层色谱
3 原理:离子交换色谱、吸附色谱、凝胶色 谱、亲和色谱
1 回收技术:絮凝、离心、过滤、微过滤等。 2 细胞破碎技术:球磨、高压匀浆、化学破碎等。 3 初步纯化技术:吸附、离子交换、沉淀(盐析、有机溶剂沉
淀、等电点、沉淀剂)、萃取、膜分离技术、超滤等。
4 高度纯化技术:离子交换、结晶、各类色谱(层析)技 术,如亲和色谱、疏水色谱、聚焦色谱等。
5 成品加工:浓缩、喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥、冷冻干
(2)原料中产物和主要杂质的浓度;
(3)产物和主要杂质的产物和主要杂质的物理化 学特性及差异;
(4)产品主要用途和标准;
5 产品的市场价格;
6 废液的处理方法等。
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①发酵液的预处理; ②提取(初步分离); ③精制(高度纯化); ④成品制备。
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主要分离工艺过程
原料
细胞内
能团、挥发性等;

高等分离工程--01_绪论

高等分离工程--01_绪论

绪论
1.5 分离过程的解决方案
多组分混合物的热物性数据
纯物质的物性数据可查;混合物的物性数据需计算。
实际体系的相平衡常数
计算平衡常数需用活度系数、逸度系数对理想体系进 行修正。
集态的变化
多组分混合物分离常伴随集态的变化,即出现新的相, 计算时需确定新相的参数。
需用电子计算机作为运算工具
多组分混合物分离过程的计算需反复试差、迭代或联 立求解线形或非线性方程组,计算量大。
液体
液体 固+体
固体树脂
质量作用 定律
水的软化
液体
表面活性剂
两种液体
+ 鼓泡
清除废水中的洗涤剂,
气泡在气液 矿石浮选
界面吸附
绪论
速率分离过程的单元操作
速率分离过程是在某种推动力(浓度差、压力差、 温度差、电力差等)的作用下,有时在选择性透过膜 的配合下,利用各组分扩散速度的差异实现组分的分 离。
xi1 xi2
x j1 x j2
绪论
分离剂
分离剂是加入到混合物系中的,使混合物分离 的能量或物质。
一股或几股物流进入分离装置,加入分离剂后 引起分离作用,最后得到至少两股不同的产品。
分离剂是能量(热量、冷量或功等),称为能量 分离剂, 分离剂是物质(或另一种原料),成为质 量分离剂。
分离剂还可以是某种强制力(如压力梯度、温 度梯度、电场力、磁场力)及特殊膜等。
为了治理日益严重的环境污染,保护人类的 生存环境,也必须采用分离过程对废气、废水 和废渣进行处理。
绪论
绪论
能源开发与利用离不开分离工程 石油、煤、天然气的利用,新能源的开发:
生物质能、核能、氢能、燃料电池能。
绪论

生物分离工程 第1章 绪论

生物分离工程 第1章 绪论

• 做豆腐
•蛋白沉淀、过滤、干燥、……
• 2、第一代生物技术
第一代(传统)生物工业是 指1860年代到1940年代青霉素 等抗生素出现之前的生物技术 产业。这一时期,发现了发酵 的本质是微生物的作用,而且 发现了微生物的有关功能,掌 握了纯种培养技术,生物技术 进入近代酿造产业的发展阶段。 到20世纪上半叶,近代酿造产 业的生产技术已经有了很大的 发展,又逐渐开发形成了发酵 法生产酒精、丙酮、丁醇等微 生物发酵工业(厌氧发酵)。
1、培养液(或发酵液)是复杂的多相系统,含有细胞、 代谢产物和末用完的培养基等。分散在其中的固 体和胶状物质,具可压缩性,其密度又和液体相 近,加上粘度很大,属非牛顿性液体,使从培养 液中分离固体很困难。 2、培养液中所欲提取的生物物质浓度很低,但杂 质含量却很高,特别是利用基因工程方法产生的 蛋白质常常伴有大量性质相近的杂质蛋白质。 3、另一个特点是欲提取的生物物质通常很不稳定、 遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。 4、发酵或培养都是分批操作、生物变异性大,各 批发酵液不尽相同,要求下游加工有一定的弹性。
生物分离工程
——绪 论
• 生物化工 Biochemical Engineering
生物学
化学
工程学
生物工程
•基因工程、菌株选育
•发酵
•酶催化 •Байду номын сангаас离
产品
产 品
第一节 下游加工过程概述
一、下游加工过程在发酵工程中的地位 1、1下游加工过程的定义 对于由自然界天然生成的或由人工经微生物 菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物 工业生产过程获得的生物原料,经分离、纯化并 精制其中目的成分,并最终使其成为产品的技术, 也称为生物下游技术 它由一些化学工程的单元操作组成,但由于生 物物质的特性,有其特殊要求,而且其中某些单 元操作一般化学工业中应用较少。

生物分离工程 绪论

生物分离工程 绪论

第一章绪论一、生物分离工程概述1.生物分离在生物技术中所占位置(1) 生物技术(biotechnology)所谓生物技术就是指有机体的操作(如:培养微生物、动物细胞、植物细胞)和利用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。

其主要目标是生物物质的高效生产。

因而,按上述定义,早在公元前428年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。

狭义生物技术的产物仅为化学产品,约有100年的历史。

(2)生物加工过程(bioprocess)即生物技术领域生物产品的生产过程,包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应过程(酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养)及目标产物的分离纯化过程(3)生物技术的下游加工过程(downstream processing):即目标产物的分离纯化过程,也就是生物分离工程因此,生物分离处于生物技术的下游加工过程。

(4)生物技术的上中下游上游:菌种选育,基因工程,分子生物学,遗传学中游:微生物发酵工程,动植物细胞,海洋生物培养——生物反应过程下游:生物分离工程(5) 获得产品的有效途径原料、预处理、生物反应、生物分离、产品工程2. 什么是生物分离工程(Bioseparation Engineering)?从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术,包括目标产物的提取(isolation)、浓缩(concentration)、纯化(purification)及成品化(product polishing)等过程。

生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏(从鲜花和香草料中提取天然的香料)、过滤等原始方法。

其特性主要体现在生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性上。

分离过程的成本往往占整个生产过程成本的大部分。

而分离过程的质量往往决定整个生物加工过程的成败。

3.生物分离的应用(1)医药:抗生素、激素、维生素(2)食品:乳酪(3)化工:氨基酸(4)精细化工:化妆品、香料(5)农业:农药(6)生物:酶4.生物分离的历史生物分离工程的发展已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏、过滤等原始方法如:从牛奶中提取奶酪;16世纪人们发明了用水蒸气蒸馏从鲜花与香草料中提取天然香料的方法;近代生物分离技术是在欧洲工业革命以后逐渐发展形成的最早的开发是由于发酵制酒精以及有机酸分离提取的需要;20世纪40年代初,开始出现大规模深层发酵生产抗菌素;近年来发展起来的利用基因工程菌生产人造胰岛素,人与动物疫苗等产品5.生物物质和生物分离(1)生物物质A. 种类繁多,包括小分子化合物、生物大分子、细胞、生物体组织等B. 来源:自然界存在的各种生物资源、生物反应过程生产的各种有用生物物质,如生物医药、疫苗、生物材料、食品添加剂、饲料、化妆品等等,其中与人类健康直接相关的治疗药物和疫苗是生物分离工程研究的重要内容。

分离工程期末知识总结

分离工程期末知识总结

思考题
1. 什么叫泡点,什么叫露点? 2. 精馏塔塔顶的温度和塔釜的温度分别是什么? 3. 简述求解泡露点的思路? 4. 对于泡点温度,∑Kixi <1,应如何调整温度? 5. 怎样判断闪蒸问题在给定的T、P下是否成立? 6. 等温闪蒸的通用闪蒸方程(Rachford-Rice方程
)的形式。
第三章 多组分精馏
特点:★F=D=W=0
★ L=V;L/V=1
★操作线方程: yn1 ,i xn,i
★板效率 最高
由于全回流,用 N m表示N,省去“均”:
Nm

lg([
x x
A B
)D

x x
A B
)W
lg AB
]
(3 8)
— — Fenske方程
最少理论板数只与分离要求有关,与进料组成无关。
多组分精馏
分离工程
第一章 绪论
分离过程基本概念 定义:将一混合物转变为组成不相同的两种或 两种以上产物的操作。
分离工程示意图
分离剂 (物质或能量)
原料物流 (一股或几股)
分离装置
产品1 (组成不同的物流) 产品2
第一章 绪论
分离过程的分类
分离过程分为机械分离过程和传质分离过程两大 类。
机械分离过程是指分离装置所接受的是多于一个 相的非均相进料,只要简单地分相就可以。如过 滤、沉降、固-液分离和气-液分离器等。
no yes
T,yi
第二章 单级平衡过程
露点计算
平衡常数与组成无关的露点计算 ki f (T , P) 露点方程: f (T ) iC1Kyii 1.0 0 (2 60)
f (P) iC1Kyii 1.0 0 (2 61)

生化分离工程知识点总结归纳

生化分离工程知识点总结归纳

生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程:在工业规模上,通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质(产品)制备的过程,是生物产业的一个重要组成部分。

2、生物工程下游加工过程的特点:(1)成分复杂:固体成分、液体成分(2)悬液中的目标产物浓度低(3)稳定性差:化学(温度和pH值)或微生物引起的降解(4)生物产品质量要求高:纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程(4个阶段):发酵液的预处理与固液分离、初步纯化(提取)、高度纯化(精制)、成品加工。

4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题:①产物本身的性质;②是胞内产物还是胞外产物;③原料中产物和主要杂质浓度;④产物和主要杂质的理化特性及差异;⑤产品用途和质量标准;⑥产品的市场价格;⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。

第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法:(1)加热:最简单、最经济的预处理方法是加热,降低料液黏度,也可以对其进行灭菌。

但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。

(2)调节料液的pH值:促进全细胞聚集。

(3)凝聚和絮凝:凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位,从而使得范德华引力起主导作用,聚合成较大的胶粒,粒子的密度越大,越易分离。

常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。

絮凝是指预处理时加入絮凝剂(通常指天然或合成的生物大分子聚电解质)既能降低排斥电位,又吸附了周围的微粒,形成桥架作用,促使胶粒形成粗大,密度低的絮凝团。

这些絮凝团很容易被过滤得到。

主要絮凝剂:聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。

(4)使用惰性助滤剂:硅藻土、珍珠岩。

2、真空过滤器的优点:连续自动操作,节省人力,生产能力大。

真空过滤器的缺点:附属设备多,投资费用高,推动力小适用于量大易过滤的料液。

3、压滤器的优点:过滤推动力大,过滤面积大。

压滤器的:缺点:板框压滤机劳动强度大,投资、维护费用高。

化工分离工程 第一章绪论 课件

化工分离工程 第一章绪论 课件
• 测试或检测用超纯标准品; • 混合物组成检测〔如DNA检测〕; •••
第11页,共24页。
按别离的规模分类
分析别离
• 规模小 • 定量分析
制备别离
• 规模小 • 研究用材料
工业别离
• 规模大 • 经济
例: 色谱别离
例: 离心别离
例: 精馏别离
化工厂中别离设备投资约占 总投资的50~90% !!!
反响〔催化〕精馏: 反响与精馏结合,提高别离效率;同时,借助精 馏手段,提高反响收率。
第18页,共24页。
膜反响器: 在反响的同时,利用膜的优良别离性能,选择 性的脱除产物,从而移动化学反响平衡,提高 反响的收率、转化率和选择性。
控制释放: 将药物或生物活性物质与膜结构相结合,使其以 一定的速度通过扩散等方式释放到环境中,从而 到达控制药物浓度,延长药效时间,减少服用量 和服用次数。
教材
第4页,共24页。
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社,2002年8月。
第5页,共24页。
分离过程
第1章 绪论
第2章 传质别离过程的热力学根底
第3章 气液传质别离过程
第4章 液液传质别离过程 第5章 传质别离过程的严格模拟计算
化工分离过程 Chemical Separation Processes
第1页,共24页。
第2页,共24页。
分离过程
Separation Processes
课程简介 先修课程:
物理化学、化工热力学、传递过程、化工 原理。
同时进行的课程: 化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材:
第3页,共24页。

分离工程教案-第1章绪论

分离工程教案-第1章绪论

一、教学目的:通过本课程教学,使学生典型分离技术的基本内容,掌握多组分精馏和吸收、吸附、膜分离等单元操作的原理和有关计算;能进行典型化工单元操作的工艺计算。

二、时间安排:60学时1、绪论2学时2、精馏12学时3、特殊精馏8学时3、吸收12学时4、吸附14学时5、膜分离技术10学时6、复习2学时7、合计60学时三、重点与难点1、重点:精馏、吸收2、难点:吸附、膜分离四、授课1.2节(一)引入:《化工原理》课中,我们学习了双组分物料分离的单元操作。

但是自然界存在的绝大多数物质,多数是以多种成分的混合物形式存在,当我们需要其中的某一组分物质时,往往需要对多组分混合物重新进行混合和分离,如选矿、冶炼、食盐的制取、石油的分馏等,所以,在工程上,多组分分离更具有实际意义,为此,特开设分离工程课程以满足工程需要。

(二)授课:第一章绪论第一节概况一、分离工程的作用、意义和分类:1、概括化工生产过程:1)原料的预处理(粉碎、加热、分离);2)经预处理的原料通过化学反应而生成产物(包括中间品、产品);3)产物的分离和提纯。

4)物料的输送5)化工过程可概括为:化学反应、分离、加热(冷)等预处理、输送------产生学科:反应工程、分离工程、传热、流体(粉体)的输送。

2、关于分离过程1)物质(组分)的混合为自发的自然过程,并拌有熵增大,也是所谓的无序程度的增加。

相反,将混合物分离则不是自发过程,需要消耗一定能量。

2)如果被分离的混合物存在两个或多个互不溶的相,一般先利用机械方法分离各相,如利用重力场、离心力常或电场等予以分离。

随后对每相采用适当的分离技术分离之。

3)对于均相混合物(气相、液相或固相),通常是产生或加入一个与其不互溶的另一相物质,而实现混合物的分离的。

此不互溶的物质可以利用能量分离剂)(MSA加入。

(ESA产生,或作为质量分离剂) 4)能量分离剂包括热、压力、电、磁、离心运动、辐射等;质量分离剂指过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、离子交换树脂、膜材料等。

生物分离工程第一章绪论演示文稿

生物分离工程第一章绪论演示文稿
2009年。
《Bioseparation Process Science》Antonio A. García等。
现在是4页\一共有64页\编辑于星期三
第一章 绪论
3学时
现在是5页\一共有64页\编辑于星期三
内容提要
生物下游加工技术简介 生物下游加工过程的特点 分离机理和分离操作 生物物质 分离效率的评价
6. What are the economics of various alternative separations? (不同分离方法的技术经济比较)
现在是35页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术的重要性
生物产物的特殊性; 生物产物所处环境的复杂性; 对生物产品要求的严格性;
最终结果:导致下游加工过程度成本往往占 整个生物加工过程生产成本的大部分。
现在是26页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离与一般化学分离方法的比较
大约80%的化工分离方法可应用于生物 分离技术;
生物分离一般比化工分离难度大; 成分复杂:固体成分包括完整有机体、培
养基及底物中的不溶物。液体成分包括底物
可溶物、代谢中产物及目标产物。
现在是27页\一共有64页\编辑于星期三
结构基因组研究的制约因素
在蛋白质克隆和表达 系统被不断优化的同时, 分离纯化过程蛋白质的 错误折叠及产物的不溶 及聚合已成为结构基因 组计划发展的制约因素。
现在是24页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术与化工分离技术的区别
化工分离技术:获得纯的化学物质 生物分离技术:在得到纯的生物物质同时,还必须
生物加工过程内容
优育生物物种的选育; 生物反应生产粗原料;
《基因工程》 《遗传与育种》

分离工程 第一章 绪论

分离工程 第一章 绪论

第一章绪论Chapter1 Introduction§1-1分离操作在化工生产中的地位(Position of separation process in chemical industry)化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的,生产实践是分离工程形成与发展的源泉。

先了解早期人类生产活动中的分离过程,早在数千年前,人们已利用各种分离方法制作许多人们生活和社会发展中需要的物质。

例如,利用日光蒸发海水结晶制盐;农产品的干燥;从矿石中提炼铜、铁、金、银等金属;火药原料硫磺和木炭的制造;从植物中提取药物;酿造葡萄酒时用布袋过滤葡萄汁;制造蒸馏酒等等。

这些早期的人类生产活动都是以分散的手工业方式进行的,主要依靠世代相传的经验和技艺,尚未形成科学的体系。

而早期的化学工厂是由化学家根据实验室研究结果直接建立的。

通过生产实践发现,生产用的大装置中的化学或物理过程与实验室玻璃器皿中的现象有很大的不同。

而在不同产品的生产过程中,却有许多过程遵循相似的原理。

由此提出的单元操作原理奠定了化学工程学科最初的理论基础。

现代化学工业是开始于18世纪产业革命以后的欧洲。

当时,三酸二碱等无机化学工业成为现代化学工业的开端。

而19世纪以煤为基础原料的有机化工在欧洲也发展起来。

当时的煤化学工业规模不是很大,主要着眼于苯、甲苯、酚等各种化学品的开发。

在这些化工生产中需要将产品或生产过程的中间体从混合物中分离出来。

例如,当时著名的索尔维制碱法中,使用了高达二十余米的纯碱碳化塔,同时应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。

但在当时,这项成就是由化学家在进行化学工艺过程开发的同时完成的,他们并没有意识到他们同时在履行着化学工程师的职责。

这时的分离技术是结合在具体的化工生产工艺的开发过程中,单独而分散地发展的。

19世纪末,20世纪初大规模的石油炼制业促进了化工分离技术的成熟与完善。

单元操作概念的建立对化学工程的发展起了重大的作用。

《分离工程》复习摘要

《分离工程》复习摘要
流量: S存在下塔内液汽比大于脱溶剂情况下 的液汽比;S沸点高且量大,S下流中温度升高 冷凝一定量上升蒸汽,从上至下气液流量渐增
溶剂浓度:
x (1)若 0 ,且为露点进料时, S xS ;
(2) 若进料为液体或气液混合物, L L , 则 xS xS ,溶剂浓度在进料板处有突变(为使 xS 与xS 接近可采用饱和蒸汽进料); (3)塔釜 S在再沸器中浓度发生跃升。
清晰分割――馏出液中除了HK外,没有其他 重组分,釜液中除了LK外,没有其他轻组分。 精馏操作的两种极限情况:Rm下精馏操作 需要无穷多块理论板才能完成分离任务;全 回流的意义、特点。 2、恩特伍德法计算最小回流比的步骤,计 算中应注意的问题 3、芬斯克公式的几种形式、公式使用条件 , 使用中应注意的问题。
1、独立变量数NV
Ni N x N a
(1) 物流独立变量数 Nv f 1 C 2 (2)描述系统与外界能量交换的变量数。 NV=∑(C+2)+能量交换变量数
2、约束关系数NC的确定 (1)物料衡算式 (2) 能量衡算式 (3) 相平衡式 (4)化学平衡式 (5)内在关系式 3、设计变量 指约定关系 有c(π -1)个 C个
1)调节S用量 S xS 12 S Rm x1D 分离所需N下降;
2)减少进料量F
F D 在维持原xS下增加R,分离效果变好;
3)S的进料温度应维持恒定 xS 值大,S温度变化使塔内L和V发生很 大波动,S很小 T 即对全塔影响很大,所以 应严格控制S的进料温度。
4 、等温闪蒸
V , yi
核定给定温度 下闪蒸问题是否成 立的两种方法:
F, Z i
P, T , e
方法一 计算闪蒸压力下进料混合物的 泡点温度TB和露点温度TD。 若TB<T闪蒸<TD,则条件成立

2012《分离工程》复习提要

2012《分离工程》复习提要

《分离工程》复习提要第一章绪论1、质分离过程的分类:机械分离过程、传质分离过程(分为平衡分离过程和速率分离过程)2平衡分离过程——借助分离媒介(如热能、溶剂和吸附剂),使均相混合物系统变成两相系统,再以混合物中各组分在处于相平衡中不等同的分配为依据而实现分离。

分离媒介分为:能量媒介ESA和物质媒介MSA。

3、分离因子、固有分离因子的定义第二章多组分分离基础(一)设计变量1、概念设计变量-——在计算前,必须由设计者赋值的变量。

固定设计变量N x 描述进料物流的变量设计变量数N i 系统压力可调设计变量N aN x是指描述进料物流的变量(如进料组成、流量、温度和压力等)及系统压力。

事实上已被给定或最常被给定的量。

N a则是由设计者来决定的。

2、单元的设计变量.(会用下法求单设计变量)单元的设计变量N i = N v– N c(1)独立变量数N vN v可由①出入系统的各物流的独立变量数;②系统和环境进行能量交换的情况决定。

1)物流的独立变量数任一单相物流N v = f + 1=c + 22)当系统和环境有能量交换时,N v应加上描述能量交换的变量数。

(2)约束关系数N c的确定约束关系包括:1)物料平衡式数目等于组分数c;2)能量平衡式每个系统只有一个;3) 相平衡关系式 有c (π- 1)个; 4)化学平衡式 一般不予考虑;5)内在关系式 指约定关系,如物流间温差、压力.N a e== N i e- N x e3、装置的设计变量(会确定分离装置的设计变量数) 步骤:(1)按每一单相物流有c+ 2个变量,计算进料物流所确定的固定设计变量数;(2)确定装置中具有不同压力的数目(压力等级数),当忽略由于摩擦阻力而引起的微小压力降时,装置内共有几个操作压力;(3)上两项之和即为固定设计变量数N x u;(4)将①串级单元的数目;②分配器的数目;③侧线采出单元的数目;④传热单元的数目相加,便是整个装置的可调设计变量数N a u。

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31
1.2.2 速率分离过程
(1) 定义
是在某种推动力(浓度差,压力差,温度差,电位差
等)的作用下,有时在选择性透过膜的作用下,利用各
组分扩散速率的差异实现组分的分离。
(2) 特征
这类过程所处理的原料和产品通常属于同一形态,仅有组 成上的差异。
(3) 典型分离单元操作
膜分离-①超滤 ②反渗透 ③渗析 ④电渗析 ⑤气体渗透分离 ⑥液膜分离 热扩散 32
(4) 萃取 精馏
气体和液 体
溶剂改变 原溶液组 分的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离甲苯
27
1.2.1 平衡分离过程
(8)共沸精馏
名称
简图
原料 相态
分离媒介
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实例
( 8) 共沸精馏
汽、 液或 汽液 混合 物
液体共沸 剂(MSA) 和热量 (ESA)
平衡分离
均相混合物
速率分离
变成两相系统
原料与产品同一相, 仅组成不同 膜分离,超滤,反渗透, 渗析,电渗析,场分离
蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶
本课程仅讨论传质分离过程。
21
1.2.1 平衡分离过程
能量媒介( ESA,energy separation agent ) - 热,功; 物质媒介( MSA, matter separation agent)- 吸收剂,萃取剂。
原料:石脑油
沸程120~230 ℃
加氢重整后得到:轻油 非芳烃
苯 甲苯 二甲苯
高级芳烃 邻二甲苯 沸点℃ 144.411 间二甲苯 139.104
目的产物为 对二甲苯
对二甲苯 138.351
熔点℃
﹣25.173
﹣47.872
13.263
13
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
石油重整→分离(对二甲苯生产)
①仅输入ESA:蒸发,冷凝、凝华、普通精馏,结晶,干燥,区 域熔炼 。 ②仅输入MSA:吸收, 蒸出, 萃取,吸附,离子交换,气提。 ③同时加入ESA和MSA:萃取精馏,共沸精馏,吸收蒸出,带回 流蒸出(水蒸汽蒸馏),干燥。

分离方法选择 较大
闪蒸,部分冷凝
相对挥发度
不够大
较小
精馏
萃取
24
1.2.1 平衡分离过程
确定合理的流程和工艺参数。
核心: 化学反应
——废物最小化首先考虑催化剂、反应工 艺和设备。
16
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用

(2)化工分离过程密切相关的有:

①降低原材料和能源的消耗,提高有效利用率、回收 利用率和循环利用率;
②开发和采用新技术、新工艺,改善生产操作条件, 以控制和消除污染; ③采用生产工艺装置系统的闭路循环技术; ④处理生产中的副产物和废物,使之减少或消除对环 境的危害; ⑤研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的“三 废”治理技术。
气体和液体
共沸剂改 变原溶液 组分的相 对挥发度
以醋酸丁酯作 共沸剂从稀溶 液中分离醋酸
28
1.2.1 平衡分离过程
(9)液-液萃取
产生相态 或MSA的 相态
名称
简图
原料 相态
分离 媒介
分离原理
工业应用实 例
( 9) 液-液萃取
液体
液体 萃取 剂
液体
不同组分在 两液相中的 溶解度不同
以丙烷作萃 取剂从重渣 油中脱除沥 青
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离—利用流体中的各组分对膜的渗透速率有差
别而实现组分分离的操作。

膜的形态—固态或液态 流体状态—液态或气态


推动力—压力差ΔP, 浓度差ΔC或电位差ΔE.
33
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
① 超滤(ultrafiltration)

—以压力差为推动力,按粒径选择分离溶液中所含的微粒 和大分子的膜分离操作。如饮用水超滤。
通过本课程的学习,要求我们
1.基本概念的理解 2.各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力
3
先修课程:
物理化学、化工热力学、化工原理
教材:
现代分离技术
参考书:
刘家祺 主编.分离过程.化学工业出版社,2012.
陈洪纺 刘家祺.化工分离过程.化学工业出版社, 1995.
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社, 2002. 邓修,吴俊生.化工分离工程. 科学出版社,2008.
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
②反渗透(reverse osmosis)

反渗透以压力差为动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离 操作。 用途:海水淡化,苦咸水淡化,乳品,果汁浓缩,生化 制品制备。
reverse osmosis apparatus permeate
feed solution

retentate
35
1.2.2 速率分离过程
1.膜分离
③渗析(dialysis)

以浓度差为推动力的膜分离操作,利用膜对溶质的选择
透过性,实现不同性质溶质的分离。

用途:人工肾,废酸回收,溶液脱酸,碱液精制。
血液 渗析 废液
净化 血液
渗析液
36
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
④电渗析(electrodinlysis)
(4) 投资比例
对大型的石油化工生产过程,分离装置的费用占总投
资的50-90%。
10
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(5) 化工生产流程特点

① 分离过程,占比例大,化工产品——主体(除反应
外)。

② 分离方法:部分冷凝、冷却、闪蒸、吸收、精馏、
萃取精馏、恒沸精馏、结晶。

③工程与工艺结合
catalyst , 6.5MPa, 3000 C C2 H 4 H 2 O C2 H 5OH x 5%
12
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
图1-2,石油重整→分离(对二甲苯生产)
重整 石脑油 分离 轻烃 烷烃 芳烃 分离 苯 甲苯 混合二甲苯 重芳烃 分离 对二甲苯 邻二甲苯 间二甲苯 异构化 分离
汽、 液或 汽液 混合 物
热量 (ES A); 有时 用机 械功
气体和液 体
挥发度(蒸 汽压)有差 别
石油裂解气 的深冷分离
26
1.2.1 平衡分离过程
(4)萃取精馏
名称
简图
原料 相态 汽、 液或 汽液 混合 物
分离 媒介
液体溶 剂 (MS A)和 塔釜加 热
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实 例
利用各组分扩散速 度的差异实现组分 的分离
原料
(均相混合物)
分离装置
产品
原料与产品同一相, 仅组成不同
膜分离(超滤,反渗透,渗析,电渗析,气体渗透,液膜分离),热扩散
利用各组分对膜的渗透速率的差别实现分离。 推动力—压力差或浓度差或电位差。
推动力:温度差。分子量较小 的分子向热端漂移-建立起浓 度梯度,实现组分的分离。
(1) 定义
分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产
品的操作。

应用:广泛用于化工、石油、医药、轻工(食品)、生化、 原子能、冶金、矿山、环保,资源利用等领域。 应用例子:煤焦油的综合利用;石油的炼制;食品的脱 水保存;矿石的浮选,如:选矿flotation ;同位素的提取和

重水的制备;生物产品制造;高纯材料的制备;除去有
现代分离技术
第一章 绪论
1
2
课程简介
现代分离技术是化学工程学科的重要组成部分,是 化学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务 是利用相平衡热力学、动力学的机理,传热、传质和动 量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂物质的分 离和纯化技术,分析和解决在化工生产、设计和科研中 常用的分离过程的理论和实际问题。
提供符合质量要求的原料 (清除对反应或催化剂有害的杂质,减少副反 应,提高收率);
提纯产品以得到合格品,并使 反应物循环使用;
9
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(3) 分离过程作用


① 脱除杂质——减少副反应,提高收率;
② 分离产品; ③ 环保,利用资源。
★重要作用---提高效益,保证产品质量。
17



闭路循环系统:
将过程所产生的废物最大限度地回收和循环 使用。
原 料
产品 1 废 物 1 废 物 排除 1
2
2
2 1—单元过程;2—处理
18
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
(3) 分离与再循环系统使废物最小化的方法

(1)废物直接再循环 废水再循环,能代替部分新鲜水使
用。
毒有害的成分, 废气,废水,废渣的处理 。
8
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(2) 地位
在某些化工生产装置中,分离操作作为生产工艺流程 的主体 。 一个典型的化工生产装置包括:反应器;原料、中 间产物、产品的分离设备;机,泵,换热器等。
原料 ①原料纯化
反应
中间产物 ③ 环保
产品 ②产品分离
共14台设备中: 反应器2台,压缩机2台,换热器2台,分离设备8台。
14
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
(1) 清洁工艺定义

清洁工艺——少废物或无废物的生产技术工艺。
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